Wie lösen Bienen Navigationsherausforderungen in 3D?

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Egelhaaf
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431346812

Wie Tiere Information über die Welt erfassen und verarbeiten um erfolgreich zu navigieren, ist eine grundlegende Frage der Biologie. Für kleine Insekten erfordert erfolgreiche Navigation evtl. keine komplexen kognitiven Operationen, sondern basiert auf einer optimierten Kombination von relativ einfachen Mechanismen. Während fast alle Erkenntnisse über die Insektennavigation auf 2D-Aufnahmen basieren, navigieren fliegende Insekten, wie z.B. Bienen, in 3D. In unterschiedlicher Höhe zu fliegen, kann es ihnen ermöglichen, über unterschiedliche Distanzen zu sehen, wenn auch mit geringerer Auflösung, um so visuelle Landmarken auf unterschiedlichen räumlichen Skalen zu nutzen. Das Ziel von 3DNaviBee ist es zu verstehen, wie Insekten visuelle Information nutzen, um in 3D in unterschiedlichen motivationalen Kontexten und über räumliche Skalen hinweg zu navigieren. Als Versuchstier dient die Hummel (Bombus terrestris), ein Modellorganismus für die Insektenkognitions- und Navigationsforschung, der komplexe räumliche Verhaltensweisen aufweist und gut auch in künstlichen Umwelten analysierbar ist. Bei der Nahrungssuche zeigen Hummeln elaborierte Verhaltensabläufe mit Phasen der Orientierung, Erkundung und Routenverfolgung. Wir testen, inwiefern Hummeln die Flughöhe anpassen, um höhenabhängige visuelle Information in verschiedenen Verhaltenskontexten selektiv zu nutzen. Dies erfolgt durch Wissenschaftler der Universitäten Toulouse (Frankreich) und Bielefeld (Deutschland) zusammenarbeiten, um drei Ziele zu erreichen:(1) Entwicklung einer neuen Methode zur Erfassung und Analyse der 3D-Bewegung von Hummeln über mehrere hundert Meter auf der Grundlage einer innovativen Radartechnik. Dieser Ansatz wird es ermöglichen, neuartige Navigationsexperimente im Labor und im Feld durchzuführen und leistungsfähige statistische Analysen von hochauflösenden 3D-Trajektorien zu entwickeln. (2) Durchführung von Verhaltensexperimenten zur 3D-Navigation bei Hummeln auf verschiedenen räumlichen Skalen, während diese lernen sich zu orientieren, nach Ressourcen suchen, Futterrouten entwickeln und zu ihrem Nest zurückkehren. Dies wird völlig neues Wissen zur Bedeutung der Höhensteuerung für die Informationsgewinnung und für Verhaltensentscheidungen schaffen, wie dies mit den derzeitigen Methoden nicht möglich ist. (3) Aufbau eines integrativen Modells der Hummel-3D-Navigation auf der Grundlage unserer empirischen Daten. Dies wird das erste theoretische Konzept für Verarbeitungsmechanismen sein, mit denen Mini-Hirne in 3D auf ökologisch relevanten räumlichen Skalen navigieren. 3DNaviBee kann zeigen, dass es die neu entwickelte Radartechnologie erlaubt, kleine schnell fliegende Tiere in 3D bei hoher räumlich-zeitlicher Auflösung zu verfolgen, um so grundlegende Erkenntnisse über die Biologie von Schlüsselbestäubern zu liefern, völlig neue Fragen zur Insektennavigation im Feld zu beantworten und neue Wege in der Bewegungsökologie zu gehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Dr. Olivier Bertrand
• Kooperationspartner: Professor Dr. Hervé Aubert; Dr. Mathieu Lihoreau